Una red de baja tensión o red secundaria es una parte de la distribución de energía eléctrica que transporta energía eléctrica desde los transformadores de distribución hasta los medidores de electricidad de los clientes finales. Las redes secundarias funcionan a un nivel de baja tensión , que normalmente es igual a la tensión de la red eléctrica de los aparatos eléctricos.
La mayoría de las redes secundarias modernas funcionan con una tensión nominal de CA de 100-127 o 220-240 voltios , a una frecuencia de 50 o 60 hercios (consulte la red eléctrica por país ). La tensión de funcionamiento, el número requerido de fases ( trifásica o monofásica ) y la fiabilidad requerida dictan la topología y la configuración de la red. La forma más simple son las líneas de servicio radiales desde el transformador hasta las instalaciones del cliente. Los alimentadores radiales de baja tensión suministran a múltiples clientes. Para una mayor fiabilidad, las llamadas redes puntuales y redes de red proporcionan suministro a los clientes desde múltiples transformadores de distribución y rutas de suministro. El cableado eléctrico puede realizarse mediante líneas eléctricas aéreas , cables de energía aéreos o subterráneos , o una combinación de ellos.
Los sistemas de distribución de energía eléctrica están diseñados para servir a sus clientes con energía confiable y de alta calidad. El sistema de distribución más común consiste en circuitos radiales simples (alimentadores) que pueden ser aéreos, subterráneos o una combinación. Desde la subestación de distribución , los alimentadores llevan la energía a los clientes finales, formando la red de media tensión o primaria , operada a un nivel de media tensión, típicamente 5–35 kV. Los alimentadores varían en longitud desde unos pocos kilómetros hasta varias decenas de kilómetros. Como deben abastecer a todos los clientes en el área de distribución designada, a menudo se curvan y se ramifican a lo largo de los corredores asignados. [1] [2] Una subestación generalmente suministra de 3 a 30 alimentadores. [ cita requerida ]
Los transformadores de distribución o transformadores secundarios , colocados a lo largo de los alimentadores, convierten la tensión del nivel medio a un nivel de baja tensión , adecuado para el consumo directo por parte de los clientes finales ( tensión de red ). [3] Normalmente, un alimentador primario rural alimenta hasta 50 transformadores de distribución, repartidos en una amplia región, [4] pero la cifra varía significativamente según la configuración. Están ubicados en las cimas de los postes, sótanos o pequeñas parcelas designadas. [2] Desde estos transformadores, la red de baja tensión o secundaria se ramifica hasta las conexiones del cliente en las instalaciones del cliente, equipadas con medidores de electricidad . [3]
La mayoría de las diferencias en el diseño y la disposición de las redes de baja tensión están determinadas por la tensión nominal de la red eléctrica . En Europa y la mayor parte del mundo, la opción dominante es 220-240 V, mientras que en América del Norte la norma es 120 V. [5]
La norma ANSI C84.1 recomienda una tolerancia de +5%, -2,5% para el rango de voltaje en un punto de servicio. [6] Las redes de BT de América del Norte presentan conexiones secundarias mucho más cortas, de hasta 250 pies (80 m), mientras que en el diseño europeo pueden alcanzar hasta 1 milla (1600 m). Por lo tanto, los transformadores de distribución norteamericanos deben colocarse mucho más cerca de los consumidores y son más pequeños (25-50 kVA), mientras que los europeos pueden cubrir áreas más grandes y, por lo tanto, tienen clasificaciones más altas (300-1000 kVA); solo las áreas rurales remotas en el diseño europeo son atendidas por transformadores monofásicos. [5]
Como la baja tensión distribuye la energía eléctrica a la más amplia clase de usuarios finales, otra preocupación principal en materia de diseño es la seguridad de los consumidores que utilizan los aparatos eléctricos y su protección contra descargas eléctricas. Un sistema de puesta a tierra , en combinación con dispositivos de protección como fusibles y dispositivos de corriente residual , debe garantizar en última instancia que una persona no entre en contacto con un objeto metálico cuyo potencial relativo al potencial de la persona (que, a su vez, es igual al potencial de tierra a menos que se utilicen esteras aislantes) supere un umbral "seguro", normalmente fijado en unos 50 V.
El funcionamiento radial es el diseño más extendido y más económico de las redes de MT y BT. Proporciona un grado suficientemente alto de confiabilidad y continuidad del servicio para la mayoría de los clientes. [7] En los sistemas americanos (120 V), los clientes suelen ser abastecidos directamente desde los transformadores de distribución a través de líneas de servicio relativamente cortas , en topología tipo estrella. En los sistemas de 240 V, los clientes son atendidos por varios alimentadores de baja tensión, realizados por líneas eléctricas aéreas , cables de energía aéreos o subterráneos , o su mezcla; en una red aérea, las bajadas de servicio se extraen desde las cimas de los postes hasta las conexiones del techo. En una red de cable, todas las conexiones necesarias y los dispositivos de protección se colocan típicamente en gabinetes montados en pedestales o, ocasionalmente, pozos de registro (las conexiones de unión en T enterradas son propensas a fallas).
La protección de los sistemas de energía en redes radiales es sencilla de diseñar e implementar, ya que las corrientes de cortocircuito tienen solo un camino posible que debe interrumpirse. Los fusibles se utilizan con mayor frecuencia para la protección contra cortocircuitos y sobrecargas, mientras que los disyuntores de bajo voltaje pueden utilizarse en circunstancias especiales.
Las redes puntuales se utilizan cuando se requiere una mayor confiabilidad del suministro para clientes importantes. La red de baja tensión se alimenta desde dos o más transformadores de distribución en un solo sitio, cada uno alimentado desde un alimentador de MT diferente (que puede originarse en la misma o diferentes subestaciones). Los transformadores están conectados entre sí con un bus o un cable en el lado secundario, denominado bus paralelo o bus colector . El bus paralelo normalmente no tiene cables de conexión ( tramos ) a otras unidades de red, en cuyo caso dichas redes se denominan redes puntuales de aislamiento ; cuando los tienen, se las conoce como redes puntuales con tramo . En algunos casos, se pueden aplicar disyuntores de unión de bus secundario de acción rápida entre secciones de bus para aislar fallas en el tablero de distribución secundario y limitar la pérdida de servicio. [8]
Los sistemas puntuales se aplican comúnmente en áreas de alta densidad de carga, como distritos comerciales, grandes hospitales, pequeñas industrias e instalaciones importantes como sistemas de suministro de agua. [8] En funcionamiento normal, el suministro de energía es proporcionado por ambos alimentadores primarios en paralelo. En caso de una interrupción de cualquiera de los alimentadores primarios, el dispositivo protector de red en el secundario del transformador puntual correspondiente se abre automáticamente; los transformadores restantes continúan proporcionando suministro a través de sus respectivos alimentadores primarios. Solo en los casos en que el cortocircuito se encuentra en el bus en paralelo, o se produce una pérdida total del suministro primario, el cliente permanecerá fuera de servicio. Las fallas en la red de baja tensión se manejan mediante fusibles o disyuntores locales, lo que resulta en la pérdida de servicio solo para las cargas afectadas. [8]
Una red eléctrica consta de una red interconectada de circuitos, que se alimentan desde varios alimentadores primarios a través de transformadores de distribución en múltiples ubicaciones. Las redes eléctricas suelen estar presentes en los centros de las grandes ciudades, con cables de conexión tendidos en conductos subterráneos a lo largo de las calles. Numerosos cables permiten múltiples rutas de corriente desde cada transformador a cada carga dentro de la red. [9]
Al igual que con las redes puntuales, los protectores de red se utilizan para proteger contra fallas en el alimentador primario y evitar que la corriente de falla se propague desde la red hasta el alimentador primario. [10] Las secciones de cable individuales pueden estar protegidas por limitadores de cable en ambos extremos, fusibles especiales que brindan una protección muy rápida contra cortocircuitos. Los limitadores de cable no tienen una clasificación de amperios y no se pueden utilizar para brindar protección contra sobrecarga; su único propósito es aislar la falla. En condiciones de alto cortocircuito, los limitadores se funden y cortan el cable averiado, mientras que los cables no afectados se hacen cargo de su carga y continúan brindando servicio. [11] Las interrupciones del alimentador primario, así como los limitadores y protectores de red desactivados debido a fallas anteriores, causan cambios en el flujo de carga que no se detectan fácilmente, por lo que sus estados pueden requerir una inspección periódica. La redundancia inherente del sistema generalmente evita que cualquier cliente experimente una interrupción. [12]